TPI浮游動物拖體影像儀采用水下光學(xué)掃描技術(shù)，捕獲高分辨率的浮游動物原位剪影圖像，如魚卵及其它小型膠狀生物，這些生物構(gòu)成了海洋食物鏈的基礎(chǔ)。

浮游動物拖體影像儀搭載在水下拖體上，研究者通過調(diào)查船以5節(jié)的速度拖行設(shè)備，實時采集水下生物的圖像數(shù)據(jù)，用以連續(xù)原位觀測浮游動物，持續(xù)時間可以從幾小時到幾周。研究范圍從小型、高豐度的浮游生物到比較大的幼魚等種類，也可以選配高速模塊（10節(jié)速度）。儀器不僅配置拖體及相機系統(tǒng)，實時獲取浮游生物的水下原位圖像數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)研究需要配置多種傳感器，如CTD、葉綠素、溶解氧等，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)與環(huán)境監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)的協(xié)同測定，對于進行綜合性的生態(tài)調(diào)查、環(huán)境風(fēng)險評估等工作具有重要意義。

工作原理

TPI 浮游動物拖體影像儀基于背光攝影技術(shù)，采用陰影拍攝獲取浮游生物的原位剪影圖像數(shù)據(jù)。光源通過反射發(fā)出平行光柱，使光線充滿整個圖像區(qū)域，實現(xiàn)被拍攝生物的圖像達到遠(yuǎn)心鏡頭效果：目標(biāo)物的尺寸不會由于其在視野中的位置變化而改變其大小，圖像沒有放大及畸變，確保目標(biāo)物以實際大小呈現(xiàn)。

TPI浮游動物拖體影像儀使用的是工業(yè)級的高精度遠(yuǎn)心鏡頭。為了拖曳采樣需要，標(biāo)準(zhǔn)配備為線性掃描相機，可以獲取監(jiān)測水體的連續(xù)圖像數(shù)據(jù)；如果用戶需要進行水下站的固定位置監(jiān)測或慢速垂向監(jiān)測圖像，也可以配備傳統(tǒng)的區(qū)域掃描相機。

圖像分辨率取決于成像面積（光學(xué)鏡頭尺寸）及相機分辨率。例如，使用13cm視野的鏡頭及2048分辨率相機獲取的圖像其像素分辨率約為63μm（13cm / 2048 pixels）。大多數(shù)情況下，圖像分辨率需要達到10～15像素才能有效分

辨或識別出目標(biāo)生物。因此，對于1毫米大小的水生生物，63μm的像素分辨率是辨識生物的合適選擇。對于景深50cm視野13cm的鏡頭，在水中以5節(jié)的速度拖曳浮游動物原位圖像系統(tǒng)，可以實現(xiàn)每秒167升水的濾水速度（2.57 m/sec×0.13m×0.50m = 167 L/sec）。

采用傳統(tǒng)的區(qū)域掃描相機時，仍舊采用了相同的像素定義方式。不過，此時浮游動物拖體影像儀獲取的圖像為以固定間隔拍攝的延時圖像。

標(biāo)準(zhǔn)的 TPI 圖像：

• 14cm 高（2048 像素）的連續(xù)圖像，50cm 景深（更高的分辨率可選）

• 35kHZ 線性掃描率，記錄為 2kb×2kb 框圖，約 18 幀/秒（70 kHZ 線性掃描率可選）

• 剪影圖像，像素分辨率＜70μm

• 有效濾水面積(5kts): 160L/sec(可以選擇 10kts 速度匹配的鏡頭)

技術(shù)優(yōu)勢：

• 原位，高分辨率的未擾動樣品圖像，顯示生物種類及空間的分布關(guān)系

• 線性掃描鏡頭技術(shù)，可以采集連續(xù)的圖像信息，框圖間無延時

• 專利的光學(xué)結(jié)構(gòu)提供出色的50cm景深

• 大視野圖像結(jié)合高船速，快速觀察大體積水域

• BellaMare拖體提供可選配置用于配合浮游動物拖體影像儀

• 超大負(fù)載能力可以搭載多種環(huán)境參數(shù)探頭，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)與環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的同時采集

• 拖體動態(tài)可控，用于要求嚴(yán)苛的調(diào)查計劃

• 電機光纖拖纜擺脫了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)及能源傳輸限制

• 數(shù)據(jù)的實時顯示及反饋控制可以實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)查管理

TPI浮游動物拖體影像儀

TPI系統(tǒng)包括鏡頭艙，甲板數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)和連接線纜。兩個TPI水下艙體包含有鏡頭、光學(xué)器件、控制器及照明系統(tǒng)，適用水深200米。艙體定位于光學(xué)校準(zhǔn)，防止水流擾動樣品，影響成像質(zhì)量。

甲板單元站提供能源、系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)存儲（速度達到80mb/s）功能。圖像數(shù)據(jù)存儲區(qū)于可擴展的RAID硬盤內(nèi)。電機光纖拖纜提供甲板單元與水下拖體間的連接。

雙圖像系統(tǒng)

TPI 浮游動物拖體影像儀標(biāo)配的相機為視野 13cm、景深 50cm，適合于對大體積水域進行監(jiān)測，通常拍攝體積大于1mm 的稀有生物種群。很多情況下，體積較小的種群其豐度較高，為了獲取此類種群生物的高分辨率圖像數(shù)據(jù)，需

要采用視野和景深更小的相機。此時，用戶可選配微型相機系統(tǒng)（60 mm FOV×85 mm FOV，45μm 像素），實現(xiàn)雙相甲板控制單元

機采集數(shù)據(jù)。雙相機系統(tǒng)采集不同大小的浮游生物圖像數(shù)據(jù)，可以用于觀察或評價不同生物種群間的相互關(guān)系（例如捕食關(guān)系）。

雙系統(tǒng)圖像數(shù)據(jù)也可簡化圖像數(shù)據(jù)的分析及分類工作。可以使用微型相機采集的高分辨率圖像研究體積較小、豐度較大的種群，而不用再利用標(biāo)準(zhǔn)相機對相同種群獲取的低分辨率圖像。

BellaMare 拖體

拖體采用模塊化設(shè)計，根據(jù)需要更改配置，滿足不同的負(fù)載需要，既可以實現(xiàn)在預(yù)定深度范圍內(nèi)的完全動態(tài)的波動飛行控制，避免船體尾波影響，也可以僅是被動拖曳。

TPI-2 ROTV 型拖體，是*先進的主動型水下拖曳載體平臺，良好的設(shè)計有效減少了環(huán)境因素對拍攝過程的干擾，尤為重要的是，此拖體具有預(yù)編程能力，可以實現(xiàn)按用戶預(yù)定深度進行水下波動飛行，或按設(shè)定的海拔高度隨著海底輪廓而運動。

TPI-2 ROTV型拖體提供了不同深度水中生物分布的良好刻度辨識率，其流體動力學(xué)設(shè)計有效減少了影響圖像分辨率的振動，提供了接近完全無擾動的浮游生物原位觀察功能。

TPI-1 ROTV型拖體是一個被動型水下載體平臺，其釋放深度及運行軌跡完全取決于系于其上的絞車電纜。其可搭載與TPI-2 ROTV型拖體完全相同的拍攝系統(tǒng)及環(huán)境探頭。

Bella Mare 集成系統(tǒng)

拖體可以根據(jù)需要裝配許多環(huán)境參數(shù)探頭，整合為一套環(huán)境參數(shù)綜合監(jiān)測系統(tǒng)，補充 TPI 浮游生物圖像系統(tǒng)或其它調(diào)查設(shè)備的應(yīng)用。目前可集成的探頭包括 CTD、葉綠素、溶解氧、Par、透射率等探頭。

軟件

BellaMare 拖體控制軟件，采用便捷的圖像控制界面，可以實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)實時監(jiān)測及拖體的飛行控制。所有的原始數(shù)據(jù)通過單模式光纖導(dǎo)纜及時地傳輸?shù)郊装蹇刂茊卧到y(tǒng)軟件可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、圖像記錄、拖體狀態(tài)顯示及控

制功能。